[发明专利]膨润土粘结剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及膨润土粘结剂及其制备方法，属于膨润土加工领域。

背景技术

膨润土又称蒙脱土、斑脱岩等，是以蒙脱石为主要成分的层状硅铝酸盐。具有良好的吸水膨胀性、粘结性、吸附性、催化活性和阳离子交换性等性能，被广泛应用于冶金、机械铸造、钻探、石油化工、轻工、纺织、农林牧、建筑工程、环境工程等领域，被称为“万能粘土”。目前，世界年消费量约1000万吨，其中以钻井泥浆、铸造和铁矿球团三大消费领域为主。

膨润土是以蒙脱石矿物为主要成分的粘土矿，蒙脱石晶体是由两层Si-O四面体和一层A1-O八面体构成，四面体中部分Si⁴⁺被Al³⁺取代，八面体中部分Al³⁺被Mg²⁺等取代，在两层Si-O四面体中间充满着游离的多个水分子和可交换的阳离子，以及一些可溶性物质。蒙脱石的这种结构特性决定了其在一定的外界条件下，晶体结构的中心离子能被电性相同、荷电量接近的离子交换。同时，其片层结构中的可溶性物质的溶出，使其形成特殊微孔结构，从而显示出优良的化学活性和物理性能，这使得膨润土在塑料、橡胶、油漆、精细化工等行业具有广泛的用途。

我国广西宁明县发现的膨润土矿产资源，矿带由宁明县县城至明江镇一带，矿区面积约30平方公里，探明储量为6.1亿吨，是目前国内已经探明保有资源储量第一位的特大型膨润土矿床。通过研究发现：该矿属于钙镁基、镁钙基、铝氢基复合矿床的膨润土，分子式：Na_0.3(Al，Mg)₂SiO₄O₁₀)(OH)_2！xH₂O呈灰绿色，矿物粒度微细，矿石属性较齐全，吸蓝量在33ml/100g，蒙脱石含量在74.6％左右，蒙脱石含量偏低，矿石多呈浅灰一灰色，次为灰绿色，自然白度40～50，土状光泽或蜡状光泽，吸水缓慢膨胀、干裂。以贝壳状断1∶3为主，次为参差状。矿石体重1.83～2.16g/cm³，平均为2g/cm³。表观为泥质结构及粉砂状结构，以中层状及薄层状构造为主，具水平层理，少数为波状和交错层理。偏光镜下为显微鳞片泥质结构及粉砂泥质结构，显微鳞片状构造及定向构造，具有优异的膨胀分散性能。经X光衍射分析，其d(001)值在13.96～14.73A°之间，属于典型的钙镁基膨润土；经差热分析，它的第一吸热谷温度在125～150℃在100℃，第二吸热谷在720～735℃，第三吸热谷为950℃，较长时间加热Ca²⁺也会产生黏着，到500℃后阳离子交换能力急剧下降，600℃时只保持25％的交换能力。另外，宁明膨润土还含有大量的NH₄⁺，通过目前的钠化改性方法，难以制备出高效理化性质的钠基膨润土粘结剂。目前，膨润土钠化改性的主要方法如下：

1、制浆钠化法：公开号为CN1730426A的中国专利申请公开的方法，其以天然膨润土为原矿，对其干燥后的原矿进行粗碎，加水制浆，控制浆液的pH值5.0-7.5，实现浆液与杂质有效分离，加强碱和聚合物表面活性剂进行改性，离心分离，悬乳液经干燥、粉碎、包装。该方法工序较为复杂，同时使用大量强酸碱，对环境污染较大，干燥、制浆、聚合物表面活性剂、离心、干燥、粉碎，工序较长、生产成本和能耗较高。

2、堆场钠化法：此方法属于比较陈旧的工艺，只用于一些小型工厂使用。目前广西宁明膨润土也主要使用此法进行加工生产，方法是将原矿与钠化试剂Na₂CO₃混合好后，堆放陈化长时间缓慢完成Na⁺与Ca²⁺、Mg²⁺的交换，达到钠化的效果。但此方法钠化时间较长，钠化效果较差，而且需要大量的堆放场地。

3、挤压钠化法：公开号为CN1033948A的中国专利申请公开的方法，其以天然膨润土为原矿，经破碎小于1cm，加入3％Na₂CO₃在双螺旋反应器中压力150Kg/cm²的剪切力进行离子交换，生产钠基膨润土。此方法生产的钠基膨润土理化综合指标不高，生产设备较昂贵，设备功率较大，并且剪切力钠化不完全，不能将全部物料钠化。